論文の概要: Neuronal and structural differentiation in the emergence of abstract rules in hierarchically modulated spiking neural networks

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.14539v3
• Date: Mon, 19 May 2025 06:20:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-20 14:57:10.382696
• Title: Neuronal and structural differentiation in the emergence of abstract rules in hierarchically modulated spiking neural networks
• Title（参考訳）: 階層的に変調されたスパイキング神経ネットワークにおける抽象的規則の出現における神経および構造的分化
• Authors: Yingchao Yu, Yaochu Jin, Kuangrong Hao, Yuchen Xiao, Yuping Yan, Hengjie Yu, Zeqi Zheng,
• Abstract要約: ルール抽象化の根底にある内部的な機構は、いまだ解明されていない。 この研究は、階層的に変調された繰り返しスパイクニューラルネットワーク(HM-RSNN)を導入し、本質的な神経特性をチューニングできる。 我々は,HM-RSNNを用いた4つの認知課題のモデリングを行い,ネットワークレベルとニューロンレベルの両方で規則抽象化の相違が観察された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 20.58066918526133
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The emergence of abstract rules from exemplars is central to the brain's capability of flexible generalization and rapid adaptation. However, the internal organizing mechanisms underlying rule abstraction remain elusive, largely due to the limitations of conventional models that lack intrinsic neuronal heterogeneity, making it hard to examine neuronal and structural differentiations. Inspired by astrocyte-mediated neuromodulation, this work introduces a hierarchically modulated recurrent spiking neural network (HM-RSNN) that can tune intrinsic neuronal properties, where a global stage simulates calcium wave-driven task-specific configuration and a local one mimics gliotransmitter-mediated fine-tuning. We conduct modeling using HM-RSNN across four cognitive tasks and rule abstraction contingent differentiation is observed at both network and neuron levels, leading to better performance compared to artificial neural networks. These findings highlight the critical role of dynamic internal organization in supporting the accomplishment of various cognitive tasks.
• Abstract（参考訳）: 前例からの抽象的な規則の出現は、フレキシブルな一般化と迅速な適応の脳の能力の中心である。 しかし、規則抽象化の根底にある内部組織機構は、主に内在性神経細胞の不均一性に欠ける従来のモデルの限界のために解明され、神経細胞と構造的分化を調べるのが困難である。 アストロサイトを介する神経調節にインスパイアされたこの研究は、階層的に修飾された繰り返しスパイク神経ネットワーク(HM-RSNN)を導入し、内因性神経特性を調節し、大域的な段階はカルシウム波駆動型タスク特異的な構成をシミュレートし、局所的な段階はグリオトランスミッターを介する微細チューニングを模倣する。 我々は,HM-RSNNを用いた4つの認知課題のモデリングを行い,ニューラルネットワークとニューロンのレベルで規則抽象化の区別が観察され,人工ニューラルネットワークと比較して性能が向上した。 これらの知見は、様々な認知タスクの達成を支援する上で、動的内部組織が重要な役割を担っていることを浮き彫りにする。

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